DE1548635A1 - Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zeitlichen 15ittelwertbildung der Stellung eines über mehr als 3600 verdrehbaren Anzeigegliedes, bei welcher mit dem Anzeigegliedlein elektrischerÄbgriff verbunden ist, an welchem eine der Stellung des Anzeigegliedes proportionale Spannung abgegriffen-wird, und bei welcher ein Integrator vorgesehen istl durch welchen die Spannung über eine vorgegebene lIeßeinheit derart zeitlich integriert wird, daß der Integrator nach Ab- lauf der #ießzeit einen dem Mittelwert der Stellung entsprechenden IntegTalwert liefert" Wenn man einmal annimmt, daß die Spannung von 00 bis 360 0 winkelproportional ansteigt, dann treten bei bekannten Vorrichtungen Fehler auf, wenn das Anzeigeglied in dem Bereich um 360o herum spielt. Steht das Anzeigeglied dicht unterhalb der 360 0-1.Tarke, z.B. bei 3 57 0 9 dann ergibt sich ei-ne sehr große Ausgangespannung. Steht dagegen das Anzeigeglied- nur wenig von dieser letzteren Stellung entfernt - oberhalb der 3600- 11arket also z.B. bei 3 0 , dann ist die Ausgangsspannung gering. Infolge der bei 360 0 auftretenden Unstetigkeit ist eine L 1 littelwertbildung in einem den 3600 - Punkt enthaltenden Bereich nicht möglich.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vors#tehend erwähnten Art so auszubilden, daß eine 1.,littelwer-tbildung auch über die 360 0 - Marke hinaus möglich wird. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht.daß der elektrische Abgriff eine über 3600 hinaus stetig ansteigende Spannung liefert, und daß der Integrator bei einem 360 0 entsprechenden Integralwert automatiseb auf nu21 zurückstellbar ist.
• Es kann dann das Anzeigegliud auch über 3600 hinaus verdreht werden, ohne daß die ilusgangsspannung des elektrischen Abgriffe einen Sprung macht. l#Jenn das Anzeigeglied von 0 0 nach 360 0 und dann in gleichem Sinne weiter über 360 0 verdreht wird, dann steigt die Ausgangsspannung stetig weiter an. Es ist also auch in einem die 360 0 - Marke enthaltenden Bereich eine Mittelwertbildung möglich. Nun würde das Integral der Ausgangsspannung Uber die Meßzeit bei gleicher Stellung des Anzeigegliedes verschieden werden, je nachdem ob die Stellung des Anzeigegliedes als 20 0 oder nach einer vollen Umdrehung in einer Richtung als 380 0 zu bezeichnen ist. Dies wird dadurch ausgeglicheng daß der Integrator bei einem 360 0 entsprechenden Integralwert automatisch auf null zurückgestellt wird. Steht z.B. das Anzeigeglied auf der 360 0- Markeg dann liefert der Ilitegrator nach Ablauf der Meßzeit als Mittelwert den Integralweit 360 0, Da er aber bei diesem Wert automatisch auf nu 11 zurückgestellt wird, ist die Anzeige nicht 360 sondern null. Steht des Anzeigeglied auf 3800 (nach einer vollen Umdrehung von der Ausgängslage aus), so würde sich nach Ablauf der Meßzeit als Mittelwert der Integralwert 380 0 ergeben. Da der Integrator aber bei 360 0 auf null zurÜckgeatellt wurde, ist die Anzeige 20 g3ni-iii so 1, als ob des Anzeigeglied die volle Umdrebung nicht gemacht hätte.
• Eine solche Anordiiun,-, ist vorzugsweise geeignet zur Bildung-eines Mittelwertes der ",lindrichtung. Für eine solche Mittelwertbildung ist natürlich jeweils nur die augenblickliche Windrichtung von Interesse. Es ist unintereagant, ob sich der 'lind vorher einmal oder mehrmals gedreht hat. Das "Anzeigeglied" wäre in diesem Falle eine Ilindfahne.
• Als Abgriff kann ein mehrgängiges Potentiometer dienen. Die Erfindung kann aber auch in der 11eise verwirklicht werdeng daß der Abgriff ein von einer konstanten Spannung gespeistes Drehpotentiometer enthält, und daß dae.Anzeigeglied Uber eine Untersetzung ": 1, wobei,ri> 12 ist, mit dem Drehpotentiometer gekuppelt ist. Bei einer 3600- Drehung des Anzeigegliedes macht das Drehpotentiometer einen Qntsprechend der Untersetzung geringeren Wegg so daß bei ein3r weiteren Drehung des Anzeigegliedes im gleichen Sinne auch die abgegriffene Ausgangsspannung stetigiweiter an.-steigt.
• Es könnte nun vorkommen, daß bei einer mehrfachen Drehung des Anzeigegliedee immer in der gleichen Richtung auch das Drehpotentiometer am Ende seines Einstellbereiches anlangt, Um das zu verhindern wird ii weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeseheng daß das Drehpotenttouieter mit dem..iinzeigeglied über eine elektrische Welle gekuppel; ist, und daß nach l,.blauf der Meßzeit das Drehpoau 3ch auf einen vorgegebenen Ausgangswert rück-2,s kann dann das Drehpotentiorieter nach 1,blauf der Meßzeit wieder iii den 0 0 bis - 3600- Bereich zurückgestellt est#ittet cine solche Rückstellung. werden. Die elektrische -felle P Aiisi-,ebend von der neuen Aua[-angestellung stellt sie dils Drehpo-.Z tentiometer au-7 den unkt, und zwar des 00- bis -- 360 0 - Bereichesq der der Stellung des j#n.5;ci--eglied(#s entspricht Die .9'iittc#lwert-Z> bildung in der nächsten Meßeinheit beginnt also wieder von einem Punkt des 0 0- bis - 360 0 Bereiches aus. Es ist'nicht möglich, daß das Drehpotentiometer nach und nach an die Grenzen seines Einstellbereiches läuft. Wenn sich das Anzeigegiied äber während einer Meßzeit so oft im gleichen Sinne dreht, daß schon dann die, Grenzen des Einstellbereiches des Drehpotentiometere erreicht werdeng dann ist eine sinnvolle Mittelwertbildung gar nicht möglieb. Wenn sich beispielsweise die Windrichtung innerhalb der Meßzeit mehr als dreimal im gleichen Sinne über 360 0 dreht, dann ist es nicht mehr sinnvoll, eine "mittlere Windrichtung11 anzugeben,.
• in diesem Falle müßte ein Störsignal gegeben werden.
• Die elektrische Welle kann zwei Ringwiderstände mit je zwei diametral gegenüberliegenden Abgriffen aufweiseng wel ehe erstere an jeweils drei Anzapfungen miteinander verbunden sind und es kann das Abgriffpaar des ersten Ringwiderstandes mit dem Änzelgeglied verbunden sein und über dieses 1.bgriffpaar eine Spannung eingespeist werdeng während an dem Abgriffpaar des zweiten Ringwiderstandes ein Stellmotor anliegt, durch welchen dieses letztere-Abgriffpaar und Uber ein Untersetzungsgetriebe das Drehpotentiometer verstellbar ist. Solche elektrischen Wellen sind an sich bekannt.
• Der Stellmotor kann das Abgriffpaar über ein Untersetzungsgetriebe mit hoher Untereetzung verstellen. Hierdurch werden kurzfristige Schwankungen von vorneherein weitgehend unterdrückt.
• Der Integrator kann einen Integrationemotor enthalte'ng welcher von der von dein Drehpotentiometer abgegriffenen Spannung gespeist ist und einen berÜhrungslos, vor;..zugeweise photoelektrisch arbeitenden Impulagenerator treibt, dessen Impulse einem Zähler zugeführt werden. Der Zähler kann als Vorwahlzähler ausgebildet seingwelcher nach einer vorgegebenen, einem Mittelwert von 360 0 entsprecherti Anzahl von Impulsen einen Rückstellimpule liefert, durch den jer Zähler selbst auf null zurückstellbar ist.
• Als AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen sehe-Matisch 'eine Vorrichtung zur Illindrichtungs-Mittelwertbildung dargestellt: Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung.
• Fig. 2 zeigt den Programmablauf der Vorrichtung. Mit 10 ist eine '.-iinclfahne bezeichnetg die mit einem Schleiferpaar 11 verbunden ist, ßas auf einem Ringwiderstand 12 diametral gegenüberliegend schleift. Pber die Schleifer 11 Wird eine Gleichspannung von zwei Klemmen 13 eingespeist. Der'Ringwiderstand 12 besitzt drei um 120 0 gegeneinander versetzte Anzapfungen 14. Er bildet das Geberteil einer elektrischen vielle. Die Anzapfungen 14 sind mit drei entsprechenden Anzapfungen 15 eines Ringwiderstandes 16 verbunden. Auf dem Ringwiderstand 16 schleifen zwei diametral gegenüberliegende Schleifer 17.-Über diese Schleifer 17 eiird ein Stellmotor 18 gespeist. Dieser Stellmotor verdreht wiederum über ein Untersetzungegetriebe 19 mit einer Untersetzung 200: 1 die Schleifer 17 sowieg nochmals über ein Untersetzungsgetriebe 20 mit der Untersetzung 3 : 1 den Schleifer eines Drehpotentiometers 22. Der Ringwiderstand 16 mit dem Motor 18 bilden das Kehmerteil der elektrischen Welle.
• Das Drehpotentlometer 21 wird von einer Gleichspannungsquelle 23 über einen Schalter A 2 und einen einstellbaren Vorwiäerstand 24 gespeist. Die an dem SchläLfer,21 abgegriffene Spannung liegt an einem Integrationemotor 25 an, welcher über ein Qetriebe 26 eine Sch.lit2äbheibo 27 antreibt. Die'Schlitzscheibe 27 ragt in eine Eichtseliranke bestehend aus einer liampe 28 und einer Photodiode 29*. Bei'Jedem Schlitz gibt die lichtschranke einen Impuls. Diese Impulse werden über Leitungen 30,31 einem Vorviahlzähler 32 zugeführt.?1.,iit 33 ist der elektrische Teil der lichtschrenke 2Q929 ,bezeichnet, der von einem Netzteil 34 gespeist ist. Bei Freigabe der Lichtschranke durch einen Schlitz in der Scheibe 27 schließt ei'n Kontakt 35. Hierdurch wird von dem Netzteil 34 Spannung als Impuls auf'die leitungen 30,31 gegeben. Der Vorwahlzähler 32-gibt über einen Kontakt 35 einen Impulag Wenn die im Zähler gespeicherte Impulszahl dem 'linkel 360 0 entspricht. Durch diesen Impuls wird der Zähler 32 über die Leitungen 36,37 und 38 jeweils aui" null zurückgestellt.
• Die Impulse auf-Leitung 30 und 31 werden gleichzeitig auf einen Drucker 39 gegeben, und zwar über die Leitungen 40941. Über die Leitungen 37 erhält der Drucker 39 auch die RUckstellimpulee vom Vorwahlzähler 32.
• Der Schleifer 21 des Drehpotentiometers 22 und das Schleiferpaar 17 des Ringwiderstandes 16 können durch Rückstellmagnete 40 bzw. 41 auf eine mittlere Ausgangestellung zurückgestellt werden. Die Rückstellmagnete 40 und 41 werden von einem Netzteil 42 über einen Kontakt A 1 erregt. Per Schalter A 1 ist mit dem Kontakt A2 im Stromkreis den Drehpotentiometers 22 gekuppelt, und zwar so, daß der Kontakt A, öffnet, wenn A2 schließt und umgekehrt. Über einen Kontakt 01 parallel zu dem Kontakt 35 des Vorwahlzählers 32 kann der Zähler 32 ebenso wie der Zähler im Drucker 39 auf null zurückgestellt vier-den. Durch einen Kontakt 02 wird über eine Leitung 43 der Dxuckbäfehl auf den Drucker gegeben. In der Leitung 31 liegt ein Kontakt B. Durch diesen Kontakt können die Zählimpulse von dem Vorwahlzähler 32 und dem Druck-er 39 abgeschaltet we:Hen. Der Zeitplan, nach dem die verschiedenen Kontakte schließen, ist aus -Fig. 2 ersichtlich. Dunkle Streifen bedeuten dabei geschlossene Kontakte.
• Die beschriebene Anordnung arbeitet wie-folgt: Die Ringwider&.-.1;';'.nde 12 und 16 bilden eine elektrische Welle. Der Motor 18 führ, die Schleifer 17 jeweils den Schleifern 11 nach, d.h. er verfitellt die Schleifer 17 solange bis sie gekreuzt zu den Schleifern 11 stehen. Über das Getriebe 20 wird das Drehpotentiometer 22 mit einer Untersetzung 3 : 1 verstellt.'Dem 360 Punktd der 71indfahne 10" der,beispielaweise der Nordrichtung entsprechen inögeg entsprechen auf dem Drehpotentiometer 22 drei mögliche Punkteg nämlich Ng N,1 und N-1. Jedesmal, wenn der Schleifer 21 auf einem dieser Punkte steht# zeigt die Windfahne nach Norden. Die Punkte N,., und N -1 werden erreichtg wenn der %Yind sich einmal um volle'i600 in einer Richtung gedreht hat. Vie man sieht-v tritt infolge der Untereetzung auch keine Unstetigkeit der abgegriffenen Spannung auf, wenn die Windfahne 10 sich über den 360 a- Punkt hinwegdreht.
• Die abgegriffene Spannung wird in eine proportionale Impulafrequenz umgesetzt und die Impulse gezählt. Die ßpannungs-Prequenz-_ Umsetzung geschieht in der iVeiseg daß während der Meßseit eine dem Mittelwert des '- Winkels entsprechende Anzahl von Impulsen erzeugt-,i#nd-gezählt Wird. Steht beispielsweise die'Windfahne 10 auf 0 , * 157 gegen die Nordrichtung, dann liefert der Iripülegenerator 27.28,29 während der Meßseit von 29 Minuten Impulse. Der Zähler 32 und der Drucker 39 liefern nach dieser Zeit die Anzeige 0157119 die auch ausgedruckt wird. Steht der Schleifer 21 aber in einem Bereich über die Punkte -Ni oder N-1 hinausg weil die Windfahne sich z.B. um 3800 gedreht hat, so zählt der Zähler 32 während der Meßzeit erst bis 360. Dann stellt er sich und den Drucker 39 auf null zurück und zählt anschließend noch die restlichen zwanzig Impulseg Nach Beendigung der Meßzeit werden durch die RUckstellmagnete die Schleifer 17 und 21 auf eine mittlere".,liuagangsstellung (wie gezeigt) zurückgeetelltg so daß ein "Weglaufen" des Schleifers 21 vermieden wird. Der Motor 18 dreht dann die Schleifer 17 und 21 wieder in die der Winkeltahnenstellung entsprechende Lage, jedoch in dem Mittelbereichl z.B. von 00 bis 360o.
• Dies Programm wird durch die Kontakte A 19 A29 Bp 01 und 02 gesteuert. Al schließt fUr eine Sekunde, ebenso Ci. Al bewirkt dabei die Rückstellung der Schleifer 17 und 21 in die mittlere Ausgangslage zu Beginn jeder Meßperiode. 0 1 stellt die Zähler auf null zurück. Dpbei ist A2 geöffnetg so daß das Drebpotentiometer 22 abgeschaltet ist. Der Kontakt B ist geöffnet, so daß keine Impulse auf den Zähler 32 und Drucker 39 gelangen. Anschließend öffnet Al und 01. Kontakt A 2 wird geschlosseng während-Kontakt B noch geöffnet bleibt. Es laufen jetzt die Schleifer 17 und mit ihnen der Schleifer 21 in eine der ".-indfahne 10 und den Schleifern 11 entsprechende Stellung ein (elektrische Welle). Das Drehpotentiometer 22 wird angeschlossen und der Integrationemotor 25 läuft an, ohne daß der Zähler 32 wegen des geöffneten Kontaktes B schon Impulse erhält. Nach 58 Sekunden ist ein stationärer Zustand erreicht. Jetzt schließt der Kontakt B und gibt die Impulse für die Meßzeit von 29 Minuten auf den Zähler . Nach Ablauf der Meßzeit öffnet B. Gleichzeitig a ' chließt-der Kontakt 02 für die Dauer von einer Sekunde und gibt den Druckbefehl. Dann beginnt der ganze Zyklus-von vorn.
• Es wird mit einer solchen Vorrichtung also alle 30 Minuten die, mittlere 'fintlrichtung digital ausgedruckt.

Claims (2)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur zeitlichen Mittelwertbildung der Stellung eines über mehr als 360 0 verdrehbaren Anzeigegliedes, bei welcher mit dem Anzeigeglied ein elektrischer Abgriff verbunden Ist, an welchem eine der Stellung des Anzeigegliedes proportionale Spannung abgegriffen wird.9 und bei welcher ein Integrator vorgesehen istg durch welchen die Spannung über eine vorgegebene Meßzeit derart zeitlich integriert wird, daß der Integrator nach Ablauf der Meßzeit einen dem Mittelwert der Stellung entsprechenden Integralwert liefertg dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Abgriff (21922) eine über 360 0 hinaus stetig ansteigende Spannung liefert, und daß der Integrator (25.27,28,29.32) einem 360 0 entsprechenden Integralwert automatisch auf null zurücketellbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff ein von einer 'konstanten Spannung gespeistes Drehpotentiometer (22) enthält, und daß das Anzeigeglied (10) über eine Tlntersetzungn: 1 wobein >2 ist, mit dem Drehpotentiometer (22) gekuppelt ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnetg daß das Drelipotentiometer (22) mit dem Anzeigeglied (10) über eineelektrische Welle ('12,16) gekuppelt ist, und daß nach Ablauf der Meßzeit das Drehpotentiometer (22) automatisch auf einen vorgegebenen Ausgangswert (N) rückstellbar ist. .4. Vorrichtung nach Anspruch 3.-dadur ##2gi nnzeichnetg daß die elektrische Vielle zwei RingwiderständtUct zwei diametral gegenübar11-Jegenden Abgriffen (11917) auf * weistg welche erstere an jeweils drei Anzapfungen (14,15) miteinander verbunden eindy daß das Abgriffpaar (1,1) des ersten Bingwiderstandes (12) mit dem Anzeigeglied (10) verbunden ist und über dieses Abgriffopaar (11) eine Spannung eingespeist wirdt und daß an dem Abgriffpaar (17) des zweiten Ringwiderstandes (16) ein Stellmotor (18) anliegt, durch welchen dieses letztere Abgriffpaar (17) und über ein Untersetzungegetriebe (20) das Drehpotentiometer (22) verstellbar ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet» daß der Stellmotor (18) das Abgrif.-L"paar (17) über ein Untersetzungegetriebe (19) mit.hoher Untersetzung verstellt. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator einen Integrationsmotor (25) enthältp welcher von der von dem Drehpotentiometer (22) abgegriffenen Spannung gespeist ist, und daß der Integrationsmotor (25) einen berührungelos, vorzugsweise photoelektriaebt arbeitenden impulsgenerator (27.28.29) treibt, dessen Impulse einem Zähler (32) zugeführt werden. 7, Vorrichtung nach>Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,-daß der Zähler als Vorwahlzähler (32) auggebildet ist, welcher nach einer vorge- gebehen, einem Mittelwert von 3600 entsprechenden Anzahl von Impul#T' einen Rückstellimpuls liefert, durch den der Zähler selbst auf null zurUckstellbar ist.